(57)【要約】【課題】  計算機処理を必要とせず、温度変化による測定誤差を排除可能な差圧測定システムを提供する。【解決手段】  光源4と、光源4の出射光から第1温度T1及び第1外部圧力PO1で波長シフトする第1波長帯域の光を選択する第1測定センサ3と、第1測定センサ3と同じ温度感度で出射光から第1温度T1で波長シフトする第2波長帯域の光を選択する第1参照センサ6と、第2波長帯域の光から第2温度T2及び第2外部圧力PO2で波長シフトする第3波長帯域の光を選択する第2測定センサ13と、第2測定センサ13と同じ温度感度で第1波長帯域の光から第2温度T2で波長シフトする第4波長帯域の光を選択する第2参照センサ16と、波長の変動が第1及び第2外部圧力PO1, PO2に依存する、第3及び第4波長帯域の光の干渉縞による合成干渉縞を合成する干渉計28と、波長の逆数の変動を第1及び第2測定センサ3, 13の圧力感度で除し第1及び第2外部圧力PO1, PO2の差圧を算出する信号処理装置7とを備える。【選択図】      図1
2006017677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源の出射した光から、第1温度及び第1外部圧力に応じて波長シフトする第1波長帯域の光を選択する第1測定センサと、
前記第1測定センサと同じ温度感度で、前記光源の出射した光から前記第1温度に応じて波長シフトする第2波長帯域の光を選択する第1参照センサと、
前記第2波長帯域の光から、第2温度及び第2外部圧力に応じて波長シフトする第3波長帯域の光を選択する第2測定センサと、
前記第2測定センサと同じ温度感度で、前記第1波長帯域の光から前記第2温度に応じて波長シフトする第4波長帯域の光を選択する第2参照センサと、
波長の変動が前記第1及び第2外部圧力に依存し、前記第1及び第2温度には依存しない、前記第3及び第4波長帯域のそれぞれの光の干渉縞による合成干渉縞を合成する干渉計と、
前記波長の逆数の変動を前記第1及び第2測定センサの圧力感度で除し、前記第1外部圧力と前記第2外部圧力の差圧を算出する信号処理装置
とを備えることを特徴とする差圧測定システム。
【請求項２】
前記第1測定センサは、
前記光源の出射した光を受ける第1測定用半透鏡と、
前記第1測定用半透鏡と平行に配置され、前記第1温度及び第1外部圧力の影響を受ける第1感圧膜と、
前記第1感圧膜上に、前記第1測定用半透鏡と第1共振間隔をおいて配置され、前記第1測定用半透鏡を透過した光を受ける第1測定用反射膜
とを備えることを特徴とする請求項１に記載の差圧測定システム。
【請求項３】
前記第1参照センサは、
前記光源の出射した光を受ける第1参照用半透鏡と、
前記第1参照用半透鏡と平行に配置され、前記第1温度の影響を受ける第1感熱膜と、
前記第1感熱膜上に、前記第1参照用半透鏡と第2共振間隔をおいて配置され、前記第1参照用半透鏡を透過した光を受ける第1参照用反射膜
とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の差圧測定システム。
【請求項４】
前記第2測定センサは、
前記第2波長帯域の光を受ける第2測定用半透鏡と、
前記第2測定用半透鏡と平行に配置され、前記第2温度及び第2外部圧力の影響を受ける第2感圧膜と、
前記第2感圧膜上に、前記第2測定用半透鏡と前記第2共振間隔をおいて配置され、前記第2測定用半透鏡を透過した光を受ける第2測定用反射膜
とを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の差圧測定システム。
【請求項５】
前記第2参照センサは、
前記第1波長帯域の光を受ける第2参照用半透鏡と、
前記第2参照用半透鏡と平行に配置され、前記第2温度の影響を受ける第2感熱膜と、
前記第2感熱膜上に、前記第2参照用半透鏡と前記第1共振間隔をおいて配置され、前記第2参照用半透鏡を透過した光を受ける第2参照用反射膜
とを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の差圧測定システム。
【請求項６】
光を照射するステップと、
前記照射された光から、第1温度及び第1外部圧力に応じて波長シフトする第1波長帯域の光を選択するステップと、
前記照射された光から、前記第1波長帯域と同じ温度感度で前記第1温度に応じて波長シフトする、第2波長帯域の光を選択するステップと、
前記第2波長帯域の光から、第2温度及び第2外部圧力に応じて波長シフトする第3波長帯域の光を選択するステップと、
前記第1波長帯域の光から、前記第3波長帯域と同じ温度感度で前記第2温度に応じて波長シフトする、第4波長帯域の光を選択するステップと、
波長の変動が前記第1及び第2外部圧力に依存し、前記第1及び第2温度には依存しない、前記第3及び第4波長帯域のそれぞれの光の干渉縞による合成干渉縞を合成するステップと、
前記波長の逆数の変動を前記第1及び第3波長帯域の光の圧力感度で除し、前記第1外部圧力と前記第2外部圧力の差圧を算出するステップ
とを含むことを特徴とする差圧測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力測定技術に関し、特に周囲の温度変化に起因する測定誤差を排除する差圧測定システム及び差圧測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油プラント等を制御する場合、石油プラント内の異なる位置における流体の差圧を測定することが必要な場合がある。従来の差圧測定方法としては、測定位置にファブリペロ干渉計を配置し、圧力によって生じるファブリペロ干渉計の共振波長の変化を光で読み取る方法が提案されている。しかし、ファブリペロ干渉計の位相差は、圧力変化のみならず、温度変化によっても変化する。そのため、測定位置の温度変化の影響を排除した正確な差圧を測定する方法として、圧力測定用のファブリペロ干渉計と共に温度測定用のファブリペロ干渉計を測定位置に配置する方法が提案されている。この場合、ハロゲンランプ等から照射された光で読み取られる測定信号から、温度変化の影響を計算機で除去することにより、差圧を測定している（例えば、特許文献1参照。）。しかし、計算機による温度変化の影響除去には高速な演算装置と大容量のメモリが必要であり、また演算処理にも時間がかかる。
【特許文献１】特開2003-166891号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、計算機処理を必要とせず、温度変化による測定誤差を排除可能な差圧測定システム及び差圧測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明の第1の特徴は、（イ）光源と、（ロ）光源の出射した光から、第1温度及び第1外部圧力に応じて波長シフトする第1波長帯域の光を選択する第1測定センサと、（ハ）第1測定センサと同じ温度感度で、光源の出射した光から第1温度に応じて波長シフトする第2波長帯域の光を選択する第1参照センサと、（ニ）第2波長帯域の光から、第2温度及び第2外部圧力に応じて波長シフトする第3波長帯域の光を選択する第2測定センサと、（ホ）第2測定センサと同じ温度感度で、第1波長帯域の光から第2温度に応じて波長シフトする第4波長帯域の光を選択する第2参照センサと、（ヘ）波長の変動が第1及び第2外部圧力に依存し、第1及び第2温度には依存しない、第3及び第4波長帯域のそれぞれの光の干渉縞による合成干渉縞を合成する干渉計と、（ト）波長の逆数の変動を第1及び第2測定センサの圧力感度で除し、第1外部圧力と第2外部圧力の差圧を算出する信号処理装置とを備える差圧測定システムであることを要旨とする。
【０００５】
本発明の第2の特徴は、（イ）光を照射するステップと、（ロ）照射された光から、第1温度及び第1外部圧力に応じて波長シフトする第1波長帯域の光を選択するステップと、（ハ）照射された光から、第1波長帯域と同じ温度感度で第1温度に応じて波長シフトする、第2波長帯域の光を選択するステップと、（ニ）第2波長帯域の光から、第2温度及び第2外部圧力に応じて波長シフトする第3波長帯域の光を選択するステップと、（ホ）第1波長帯域の光から、第3波長帯域と同じ温度感度で第2温度に応じて波長シフトする、第4波長帯域の光を選択するステップと、（ヘ）波長の変動が第1及び第2外部圧力に依存し、第1及び第2温度には依存しない、第3及び第4波長帯域のそれぞれの光の干渉縞による合成干渉縞を合成するステップと、（ト）波長の逆数の変動を第1及び第3波長帯域の光の圧力感度で除し、第1外部圧力と第2外部圧力の差圧を算出するステップとを含む差圧測定方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、計算機処理を必要とせず、周囲の温度変化に起因する測定誤差を排除可能な差圧測定システム及び差圧測定方法を提供可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【０００８】
本発明の実施の形態に係る差圧測定システムは、図1に示すように、光源4、光源4の出射した光から、第1温度T1及び第1外部圧力PO1に応じて波長シフトする第1波長帯域WB1の光を選択する第1測定センサ3、第1測定センサ3と同じ温度感度で、光源4の出射した光から第1温度T1に応じて波長シフトする第2波長帯域WB2の光を選択する第1参照センサ6、第2波長帯域WB2の光から、第2温度T2及び第2外部圧力PO2に応じて波長シフトする第3波長帯域WB3の光を選択する第2測定センサ13、第2測定センサ13と同じ温度感度で、第1波長帯域WB1の光から第2温度T2に応じて波長シフトする第4波長帯域WB4の光を選択する第2参照センサ16、波長の変動が第1及び第2外部圧力PO1, PO2に依存し、第1及び第2温度T1, T2には依存しない、第3及び第4波長帯域WB3, WB4のそれぞれの光の干渉縞による合成干渉縞を合成する干渉計28、波長の逆数の変動を第1及び第2測定センサ3, 13の圧力感度で除し、第1外部圧力PO1と第2外部圧力PO2の差圧を算出する信号処理装置7を備える。
【０００９】
光源4には、紫外域から赤外域(185nm〜2000nm)までの連続スペクトルに対応可能なキセノンランプ等が使用可能である。光源4には照射された光を伝搬する光ファイバ30が接続される。さらに光ファイバ30には、伝搬光を2方向に分割する第1スプリッタ21が接続される。分割された光は、それぞれ光ファイバ32及び光ファイバ31で伝搬される。
【００１０】
第1測定ユニット5は、図2及び図2のA-A方向からの断面図である図3に示すように、光ファイバ32に接続された第1測定センサ3と、光ファイバ31に接続された第1参照センサ6を有する。第1測定センサ3は図4乃至図6に示すようにコア130a及びクラッド131aを有する光ファイバ32が挿入されるホルダ60a、光ファイバ32の挿入された側の端面に配置された第1測定用半透鏡24a、第1測定用半透鏡24aと平行位置に配置され、第1外部圧力PO1を受ける第1感圧膜50a、第1感圧膜50aの第1測定用半透鏡24aと対向する表面に配置され、第1測定用半透鏡24aを透過した光を受ける第1測定用反射膜25a、第1測定用半透鏡24aと第1測定用反射膜25aとの第1共振間隔h1を規定する第1測定用筐体43aを有するファブリペロ共振器である。また第1測定センサ3は、第1感圧膜50a、第1測定用筐体43a、及びホルダ60aで囲まれた領域の第1測定センサ内部圧力PIS1を調節するためにホルダ60aに設けられた通気孔160aと、通気孔160aの開閉を制御する開放弁70aを備える。さらに第1感圧膜50aの外部には、表出する第1感圧膜50aの図2に示した半径aを規定する第1測定センサ基底部40aが配置される。
【００１１】
第1測定センサ3の第1感圧膜50aは、第1測定センサ内部圧力PIS1と第1外部圧力PO1が等しい「定常状態」では撓みは生じない。しかし、図5に示すように、第1測定センサ内部圧力PIS1と比較して第1外部圧力PO1が大きくなったときは、第1感圧膜50aは内部方向に撓む。また図6に示すように、第1測定センサ内部圧力PIS1と比較して第1外部圧力PO1が小さくなったときは、第1感圧膜50aは外部方向に撓む。第1測定センサ3は、図5及び図6に示した第1感圧膜50aの撓みwを検出することにより、第1外部圧力PO1を測定するために用いられる。
【００１２】
ここで、第1測定センサ3に加わえられた第1外部圧力PO1による第1感圧膜50aの撓みwを検出する方法を説明する。光ファイバ32のコア130aを第1測定センサ3に向かって伝搬した広波長帯域の光の一部は第1測定用半透鏡24aで反射され、その他は第1測定用半透鏡24aを透過する。第1測定用半透鏡24aを透過した光は第1感圧膜50a上の第1測定用反射膜25a表面で反射し、反射光は第1測定用半透鏡24a方向に伝搬する。この場合、反射光の一部は第1測定用半透鏡24aを透過し、コア130aを図1に示した第1スプリッタ21に向かって進行する。しかし第1測定用半透鏡24aを透過しなかった反射光は第1測定用半透鏡24a表面で再び第1測定用反射膜25aに向かって反射される。このとき、撓みwが0である場合、波長λの1 / 4の長さが第1共振間隔h1と等しい光は、第1測定用反射膜25aからの反射光と第1測定用半透鏡24a表面で反射し第1測定用反射膜25aに向かう反射光との位相が揃うため、光の減衰は生じない。しかし、波長λの1 / 4の長さが第1共振間隔h1と等しくない光は、第1測定用反射膜25aと第1測定用半透鏡24aの間で多重反射する間に位相が揃わず減衰する。結果として、第1測定センサ3の反射スペクトルは、図7(a)に示すように、第1共振間隔h1の4倍の長さに相当する波長λ1に強度のピークが現れる第1波長帯域WB1を有することとなる。これに対し、第1外部圧力PO1により第1感圧膜50aに撓みwが生じた場合、第1測定用半透鏡24aと第1測定用反射膜25aの中心位置の間の距離は(h1 + w)となる。そのため、第1波長帯域WB1の反射光の強度のピークも、定常状態における第1共振間隔h1の4倍の長さから、距離(h1 + w)の4倍の長さに波長シフトする。したがって、第1波長帯域WB1の反射光の強度のピークにおける波長の変動を観測することにより、第1感圧膜50aの撓みwを測定することが可能となる。
【００１３】
上述した第1測定センサ3の反射スペクトルの波長と強度との関係は、下記(1)式で与えられる反射率R、及び下記(2)式で与えられる透過率Lで示すことができる。なお、ここで透過率Lとは、第1測定センサ3に対する入射光の強度に対する反射光の強度の比と等価である。
【００１４】
R = {R1 + ηR2 - 2(ηR1 R2)1/2 cos2φ} / {1+ηR1 R2  - 2(ηR1 R2)1/2 cos2φ} …(1)
L = (1- R1)(1 - η1/2  R2) / {1+ηR1 R2  - 2(ηR1 R2)1/2 cos2φ} …(2)
ここで、R1は第1測定用半透鏡24aの反射率、R2は第1測定用反射膜25aの反射率を表す。ηは第1測定用半透鏡24aと第1測定用反射膜25aの間での光損失を表し、下記(3)式で与えられる。またφは位相を表し、下記(4)式で与えられる。
【００１５】
η= 1 / {1 + (2λ(h1 + w) / (2πn0 q2))2} …(3)
φ= {2π(h1 + w)} / λ …(4)
(3)式及び(4)式において、n0は第1測定センサ3の内部屈折率を表し、qは第1測定センサ3に入射する光のビーム径を表す。
【００１６】
一例として、第1測定センサ3の定常状態における第1共振間隔h1を4.03μmとし、加圧量Pにより第1感圧膜50aの中心位置が±0.02μm撓んだ場合を仮定する。この場合に、(3)式及び(4)式のh1に4.03μm、wにはそれぞれ-0.02μm、0μm、+0.02μmを代入して(2)式から算出される透過率Lを図8に示す。図8に示すように、第1測定センサ3の定常状態においては、波長λ= 0.675μmをピークとする反射光が光ファイバ32に返されることとなる。これに対し、第1感圧膜50aが内側に0.02μm撓んだ場合、スペクトルが短波長側に波長シフトする。一方、第1感圧膜50aが外側に0.02μm撓んだ場合は、スペクトルが長波長側に波長シフトする。なお、(1)及び(2)式に示すように、スペクトルは周期的であるため、図8に示すようにスペクトルには測定に不要な波長成分も含まれる。
【００１７】
図5に示すように第1外部圧力PO1が加わったときの第1感圧膜50aの撓みwは、第1感圧膜50aの半径が図2に示すようにaである場合、下記(5)式で表される。
【００１８】
w =(PO1 - PIS1)× (a2 - r2)2 / (64 ×D)     …(5)
ここでr(r : 0 ≦ r ≦ a)は第1感圧膜50aの中心位置Mから測定位置までの距離である。Dは下記(6)式で与えられる。
【００１９】
D = E ×t3 / {12 × (1 - υ2)}   …(6)
(6)式において、Eは第1感圧膜50aのヤング率、tは第1感圧膜50aの厚さ、υは第1感圧膜50aのポアッソン比である。(5)式を用いることにより、第1感圧膜50aの撓みwから第1外部圧力PO1を算出することが可能である。
【００２０】
図4乃至図6に示した第1感圧膜50aの厚さtが50μmの場合における第1外部圧力PO1と撓みwの関係をプロットしたグラフが図9である。図9においては、図2に示した第1感圧膜50aの半径aが0.01mm、0.10mm、及び1.00mmの場合のそれぞれについてプロットされている。また第1感圧膜50aの厚さtが1μmの場合における第1外部圧力PO1と撓みwの関係をプロットしたグラフが図10である。図10においては、第1感圧膜50aの半径aが0.01mm、0.10mm、及び1.00mmの場合のそれぞれについてプロットされている。例えば信号処理装置7の撓みwの測定レンジが0.05μm未満である場合、図10に示すように第1感圧膜50aの厚さtが1μmでは薄すぎる。この場合、第1感圧膜50aの厚さをは図9より50μmとし、半径aを0.01mmとすればよい。
【００２１】
なお図2乃至図5に示す第1感圧膜50aは、第1外部圧力PO1で撓む他に、周囲の第1温度T1の変動量ΔT1に依存して膨張あるいは収縮する。そのため、第1温度T1の変動量ΔT1に依存する第1感圧膜50aの伸縮は第1外部圧力PO1の測定の誤差要因となる。図1に示す差圧測定システムが、第1温度T1の変動量ΔT1に起因する第1測定センサ3の測定誤差を除去する機構については、後に詳述する。
【００２２】
図2及び図3に示す第1参照センサ6は、コア132a及びクラッド133aを有する光ファイバ31が挿入されるホルダ61a、光ファイバ31の挿入された側の端面に配置された第1参照用半透鏡124a、第1参照用半透鏡124aと平行位置に配置された第1感熱膜51a、第1感熱膜51aの表面に配置され、第1参照用半透鏡124aを透過した光を受ける第1参照用反射膜125a、第1参照用半透鏡124aと第1参照用反射膜125aとの第2共振間隔h2を規定する第1参照用筐体143a、第1感熱膜51aの第1参照用反射膜125aが配置された面の裏面に配置された第1参照センサ基底部140aを有する。また第1参照センサ6は、第1感熱膜51a、第1参照用筐体143a、及びホルダ61aで囲まれた領域の第1参照センサ内部圧力PIR1を調節するためにホルダ61aに設けられた通気孔260aと、通気孔260aの開閉を制御する開放弁170aを備える。なお第1参照センサ6の第1参照センサ内部圧力PIR1は、第1測定センサ3の第1測定センサ内部圧力PIS1と等しくなるよう設定されている。
【００２３】
第1参照センサ6の第1参照用半透鏡124aと第1参照用反射膜125aとの第2共振間隔h2は、第1測定センサ3の第1測定用半透鏡24aと第1測定用反射膜25aとの第1共振間隔h1よりも長い。ただし、第1感熱膜51aは第1感圧膜50aと同じ材料で構成され、ヤング率E、厚さt、及びポアッソン比υ等は同じである。そのため、第1感熱膜51aの温度感度は、第1感圧膜50aに同じである。また、第1参照センサ6の第1感熱膜51aは外部が第1参照センサ基底部140aで保護されているため、第1外部圧力PO1によって撓むことはない。したがって、第1感熱膜51aは周囲の第1温度T1の変動量ΔT1のみに依存して膜厚tが伸縮する。
【００２４】
第1参照センサ6の反射スペクトルは、第1測定センサ3と同様の原理により、図7(a)に示すように第2共振間隔h2の4倍の長さに相当する波長λ2にピークが現れる第2波長帯域WB2を有することとなる。そして、第1温度T1の変動量ΔT1に起因して膜厚tが伸縮した場合は、呼応して第2波長帯域WB2の反射光の強度のピークも波長シフトすることとなる。
【００２５】
図1に示すように、第1測定ユニット5からの反射光は、第1スプリッタ21に接続された光ファイバ33によって伝搬され、光ファイバ33に接続された第2スプリッタ22に到達する。第2スプリッタ22において反射光は、第2スプリッタ22に接続された光ファイバ34及び光ファイバ35に分割され、それぞれ第2測定ユニット15の第2参照センサ16及び第2測定センサ13に伝搬される。
【００２６】
第2測定センサ13は、図11に示すようにコア130b及びクラッド131bを有する光ファイバ35が挿入されるホルダ60b、光ファイバ35の挿入された側の端面に配置された第2測定用半透鏡24b、第2測定用半透鏡24bと平行位置に配置され、第2外部圧力PO2を受ける第2感圧膜50b、第2感圧膜50bの第2測定用半透鏡24bと対向する表面に配置され、第2測定用半透鏡24bを透過した光を受ける第2測定用反射膜25b、第2測定用半透鏡24bと第2測定用反射膜25bとの第2共振間隔h2を規定する第2測定用筐体43bを有するファブリペロ共振器である。また第2測定センサ13は、第2感圧膜50b、第2測定用筐体43b及びホルダ60bで囲まれた領域の第2測定センサ内部圧力PIS2を調節するためにホルダ60bに設けられた通気孔160bと、通気孔160bの開閉を制御する開放弁70bを備える。さらに第2感圧膜50bの外部には、表出する第2感圧膜50bの図2に示した半径aを規定する第1測定センサ基底部40aと同様の第2測定センサ基底部40bが配置される。
【００２７】
図11に示す第2測定センサ13は、第2測定用半透鏡24bと第2測定用反射膜25bとの距離が第2共振間隔h2である以外は、図3に示した第1測定センサ3と同様の構造である。また、第2感圧膜50bは第1感圧膜50aと同じ材料からなり、第2測定センサ内部圧力PIS2は第1測定センサ3の第1測定センサ内部圧力PIS1と同じに設定される。したがって、第2測定センサ13の第2感圧膜50bの撓みwが0で、第1測定ユニット5の第1温度T1及び第2測定ユニット15の第2温度T2のそれぞれが等しい場合には、図7(a)及び図7(b)に示すように、第1参照センサ6と第2測定センサ13の反射スペクトルは等しくなる。
【００２８】
第2測定センサ13は、第2感圧膜50bに加わる第2外部圧力PO2を測定する。ここで、第2測定センサ13の定常状態における第2共振間隔h2を4.14μmとし、第2外部圧力PO2により第2感圧膜50bの中心位置が±0.03μm撓んだ場合に、(3)式及び(4)式のh1に4.14μm、wにそれぞれ-0.02μm、0μm、+0.02μmを代入して(2)式から算出される透過率Lを図8に示す。第2測定センサ13の定常状態においては、スペクトルは波長λ= 0.687μmにピークを有する。しかし、第2外部圧力PO2により第2感圧膜50bの中心位置が-0.02μm撓んだ場合、第2測定センサ13のスペクトルは短波長側に波長シフトする。一方、第2外部圧力PO2により第2感圧膜50bの中心位置が+0.02μm撓んだ場合、第2測定センサ13のスペクトルは長波長側に波長シフトする。このように、図7(b)に示した第2測定センサ13の第3波長帯域WB3を有する反射光は、図1に示した周囲の第2外部圧力PO2及び第2温度T2に応じて波長シフトする。
【００２９】
図1に示す第2参照センサ16は、図11に示すように、コア132b及びクラッド133bを有する光ファイバ34が挿入されるホルダ61b、光ファイバ34の挿入された側の端面に配置された第2参照用半透鏡124b、第2参照用半透鏡124bと平行位置に配置された第2感熱膜51b、第2感熱膜51bの第2参照用半透鏡124bと対向する面に配置され、第2参照用半透鏡124bを透過した光を受ける第2参照用反射膜125b、第2参照用半透鏡124bと第2参照用反射膜125bとの第1共振間隔h1を規定する第2参照用筐体143b、第2感熱膜51bの第2参照用反射膜125bが配置された面と対向する面に配置された第2参照センサ基底部140bを有する。また第2参照センサ16は、第2感熱膜51b、第2参照用筐体143b及び掘るｄ61bで囲まれた領域の第2参照センサ内部圧力PIR2を調節するためにホルダ61bに設けられた通気孔260bと、通気孔260bの開閉を制御する開放弁170bを備える。なお第2参照センサ16の第2参照センサ内部圧力PIR2は、第1測定センサ3の第1測定センサ内部圧力PIS1と等しくなるよう設定されている。
【００３０】
図11に示す第2参照センサ16は、第2参照用半透鏡124bと第2参照用反射膜125bとの距離が第1共振間隔h1である以外は、図3に示した第1参照センサ6と同様の構造を有する。また、第2感熱膜51bは第1及び第2感圧膜50a, 50bと同じ材料からなり、第1及び第2感圧膜50a, 50bと同じ温度感度を有する。したがって、第1測定センサ3の第1感圧膜50aの撓みwが0で、第1測定ユニット5の第1温度T1及び第2測定ユニット15の第2温度T2のそれぞれが等しい場合には、図7(b)に示すように、第1測定センサ3と第2参照センサ16の反射スペクトルは等しくなる。第1参照センサ6と同様に、第2参照センサ16の第4波長帯域WB4を有する反射光は、図1に示した周囲の第2温度T2に応じて波長シフトする。
【００３１】
図1において、第2測定ユニット15からの反射光は第2スプリッタ22に接続された光ファイバ36を伝搬し、干渉計28に到達する。干渉計28は光ファイバ36に接続された干渉用スプリッタ23、受光素子8を備える。第2測定ユニット15からの反射光は干渉用スプリッタ23で2方向に分割される。なお干渉用スプリッタ23が2系統の入力端子を有する場合は光ファイバ36と平行して光ファイバ37が接続される。分割された反射光は、干渉用スプリッタ23に接続された光ファイバ38及び光ファイバ39を伝搬し、光ファイバ38及び光ファイバ39のそれぞれの端部から受光素子8に向かって放射される。放射された光は受光素子8上で重ね合わせられ、受光素子8上に干渉縞が生成される。
【００３２】
ここで、図1に示す差圧測定システムにおいて、光源4から照射された光が受光素子8に至るまでの伝搬経路は、図12に示す第1経路、図13に示す第2経路、図14に示す第3経路、及び図15に示す第4経路の4通りが考え得る。
【００３３】
図12に示す第1経路では、光源4から照射された光は第1スプリッタ21で第1測定センサ3に導かれる。第1測定センサ3からの第1波長帯域WB1を有する反射光は第2スプリッタ22で第2参照センサ16に導かれる。ここで、第1測定センサ3と第2参照センサ16の両方は第1共振間隔h1を有するため、定常状態では図7(a)及び図7(b)に示すように第1測定センサ3と第2参照センサ16の反射スペクトルは共に波長λ1を強度のピークとして重なる。したがって、第1波長帯域WB1を有する光を受けた第2参照センサ16は第4波長帯域WB4を有する光を光ファイバ34に反射することとなる。
【００３４】
図13に示す第2経路では、光源4から照射された光は第1スプリッタ21で第1参照センサ6に導かれる。第1参照センサ6からの第2波長帯域WB2を有する反射光は第2スプリッタ22で第2測定センサ13に導かれる。ここで、第1参照センサ6と第2測定センサ13の両方は第2共振間隔h2を有するため、定常状態では図7(a)及び図7(b)に示すように第1参照センサ6と第2測定センサ13の反射スペクトルは共に波長λ2を強度のピークとして重なる。したがって、第2波長帯域WB2を有する光を受けた第2測定センサ13は第3波長帯域WB3を有する光を光ファイバ35に反射することとなる。
【００３５】
図14に示す第3経路では、光源4から照射された光は第1スプリッタ21で第1参照センサ6に導かれる。第1参照センサ6からの第2波長帯域WB2を有する反射光は、第2スプリッタ22で第2参照センサ16に導かれる。ここで、第1参照センサ6は第2共振間隔h2を有し、第2参照センサ16は第1共振間隔h1を有するため、図7(a)及び図7(b)に示すように第1参照センサ6と第2参照センサ16とでは反射可能な波長帯域が異なる。したがって、第1参照センサ6で反射した波長λ2をピークとする反射光は、第2参照センサ16で減衰し、第2参照センサ16における反射率Rはほぼ0となる。光源4から照射され、受光素子8に至る光の光量Oは、光源4から照射されたときの光の光量I、第1参照センサ6及び第2参照センサ16の両方による反射率をRとして、下記(7)式で表される。
【００３６】
O = R × I  … (7)
よって、図14に示す第3経路においては、受光素子8に至る光の大きさOは0に近似することができる。
【００３７】
図15に示す第4経路では、光源4から照射された光は第1スプリッタ21で第1測定センサ3に導かれる。第1測定センサ3からの第1波長帯域WB1を有する反射光は、第2スプリッタ22で第2測定センサ13に導かれる。ここで、第1測定センサ3は第1共振間隔h1を有し、第2測定センサ13は第2共振間隔h2を有するため、図7(a)及び図7(b)に示すように第1測定センサ3と第2測定センサ13のそれぞれで反射可能な波長帯域が異なる。したがって、第1測定センサ3で反射した波長λ1にピークが現れる第1波長帯域WB1を有する反射光は、第2測定センサ13で減衰し、第2測定センサ13における反射率Rはほぼ0となる。したがって、図15に示す第4経路においても、受光素子8に至る光の大きさOは0に近似することができる。
【００３８】
以上のことから、図1に示す差圧測定システムにおいて、光源4から照射された光が受光素子8に至るまでの伝搬経路は、図12に示す第1経路、及び図13に示す第2経路の2通りのみを考慮すればよい。
【００３９】
ここで、図1に示す第1測定ユニット5と第2測定ユニット15との間に圧力差及び温度差が生じた場合の、図12に示す第1経路及び図13に示す第2経路のそれぞれの透過スペクトルの変動について、図17を用いて説明する。
【００４０】
まず第1測定ユニット5と第2測定ユニット15との間の圧力差及び温度差が一定の場合を「初期状態」とし、初期状態における第1経路及び第2経路の透過スペクトルを図17(a)に示す。第1経路の透過スペクトルは、第1測定センサ3及び第2参照センサ16それぞれの透過スペクトルの合成スペクトルで表され、第4波長帯域WB4を有する。また第2経路の透過スペクトルは、第2測定センサ13及び第1参照センサ6それぞれの透過スペクトルの合成スペクトルで表され、第3波長帯域WB3を有する。
【００４１】
ここで、第1測定センサ3の第1感圧膜50aに第1外部圧力PO1が加わり、第2感圧膜50bに第1外部圧力PO1とは異なる第2外部圧力PO2が加わった場合、図17(b)に示すように、第1測定センサ3及び第2測定センサ13のそれぞれの透過スペクトルは、第1外部圧力PO1及び第2外部圧力PO2に応じて長波長側、あるいは短波長側に波長シフトする。このとき、第1測定ユニット5と第2測定ユニット15の温度差が一定であれば、第2参照センサ16及び第1参照センサ6の透過スペクトルは図17(a)の初期状態から変化しない。したがって、図17(b)に示すように第1経路及び第2経路の透過スペクトルは、第1及び第2外部圧力PO1, PO2のみに依存して長波長側あるいは短波長側に波長シフトする。したがって、第1経路及び第2経路の透過スペクトルのピーク間隔B2は、図17(a)に示した初期状態におけるピーク間隔B1から変動することとなる。
【００４２】
次に、例えば第2測定ユニット15に対し、第1測定ユニット5の周囲の第1温度T1が初期状態から低下した場合、図3に示す第1測定センサ3の第1感圧膜50aと第1参照センサ6の第1感熱膜51aは同じ材料で構成されるため、同じ量だけ収縮する。したがって、図17(c)に示すように、第1測定センサ3及び第1参照センサ6の透過スペクトルはそれぞれ同じ方向に波長シフトする。結果として、第1経路及び第2経路の透過スペクトルは、それぞれ同じ方向にΔλ1及びΔλ2波長シフトすることとなる。ここで、波長λ1, λ2に対して、温度差による第1感圧膜50a及び第1感熱膜51aの膜厚変動は非常に小さいため、下記(8)式及び(9)式を近似することができる。そのため、下記(10)式に示すように、ピーク間隔B3は図17(a)に示した初期状態におけるピーク間隔B1と等しいものと近似できる。
【００４３】
λ1 ≫ Δλ1  …(8)
λ2 ≫ Δλ2  …(9)
B3 = (λ2 + Δλ2) - (λ1 + Δλ1)
= (λ2 - λ1) + (Δλ2 - Δλ1)
≒(λ2 - λ1) …(10)
したがって、図17(a)から図17(b)に示したように、第1経路及び第2経路のそれぞれの透過スペクトルのピーク間隔B1は、第1測定ユニット5と第2測定ユニット15の間に圧力差が生じた場合のみ変化し、温度差によっては変化しない。
【００４４】
図12に示す第1経路を伝搬した波長λ1に強度のピークを有する第4波長帯域WB4の光と、第2経路を伝搬した波長λ2に強度のピークを有する第3波長帯域WB3の光のそれぞれは、図18に示すように受光素子8上に干渉縞を生成する。干渉縞の周波数は、光ファイバ38, 39のそれぞれから照射された光の波長と図16に示す光路差dによって決定される。図18のグラフで示した横軸の光路差dを拡大し、波長λ1が0.675μmの光の干渉縞と、波長λ2が0.687μmの光の干渉縞のそれぞれを抽出したグラフが図19である。受光素子8上においては、ピークの波長λ1が0.675μmの第1経路を伝搬した第4波長帯域WB4の光の干渉縞と、ピークの波長λ2が0.687μmの第2経路を伝搬した第3波長帯域WB3の光の干渉縞が重ね合わされ、図20に示す強度Iと光路差dの関係を有する合成干渉縞が形成される。また、ピークの波長λ1が0.669μmの第1経路を伝搬した光の干渉縞と、ピークの波長λ2が0.697μmの第2経路を伝搬した光の干渉縞が複数重ね合わされた場合の合成干渉縞の例を図21に示す。図20に示す合成干渉縞の強度Iは下記(11)式で表され、周波数｛(1 / λ1 ) - (1 / λ2 )｝を有する。
【００４５】
I = 2 + 2 cos {2πd(1 / λ1)} + 2 cos {2πd(1 / λ2)}
=  2 + 2 cos {2πd(1 / λ1  + 1 / λ2)}×cos {2πd(1 / λ1  - 1 / λ2)}  …(11)
ここで、図17(b)に示したように、第1測定センサ3と第2測定センサ13との間に圧力差が生じた場合は、それぞれの透過スペクトルが移動するため、受光素子8上の合成干渉縞の周波数｛(1 / λ1 ) - (1 / λ2 )｝も変動する。これに対し、図17(c)に示したように、第1測定ユニット5と第2測定ユニット15との間に温度差が生じても、(8)式及び(9)式の条件下では、合成干渉縞の周波数｛(1 / λ1 ) - (1 / λ2 )｝は以下の理由により変動しないものとみなすことができる。
【００４６】
第1経路を伝搬する光の波長λ1及び第2経路を伝搬する光の波長λ2が変化した場合の合成干渉縞の干渉強度の変動量は、下記(12)式で表される。
【００４７】
ΔI = 2 cos {2πd(Δ(1 / λ1 )+ Δ(1 / λ2))}×cos {2πd(Δ(1 / λ1) - Δ(1 / λ2))}  …(12)
ここで第1経路を伝搬する光の波長λ1は、第1測定センサ3に加わる第1外部圧力PO1と第1温度T1、及び第2参照センサ16の第2温度T2のそれぞれの変動量に応じて変化する。したがって、第1経路を伝搬する光の波長λ1の逆数の変動量は、下記(13)式で表される。
【００４８】
Δ(1 / λ1 ) = C1,P1 ΔPO1 + C1,T1 ΔT1 + C1,T2 ΔT2  …(13)
なお、C1,P1、C1,T1、及びC1,T2のそれぞれは、第1測定センサ3の圧力感度、第1測定センサ3の温度感度、及び第2参照センサ16の温度感度を示し、下記(14)乃至(16)式で表される。
【００４９】
C1,P1 = δ(1 / λ1 ) / δPO1  …(14)
C1,T1 = δ(1 / λ1 ) / δT1  …(15)
C1,T2 = δ(1 / λ1 ) / δT2  …(16)
また第2経路を伝搬する光の波長λ2は、第2測定センサ13に加わる第2外部圧力PO2と第2温度T2、及び第1参照センサ6の第1温度T1のそれぞれの変化に応じて変化する。したがって、第2経路を伝搬する光の波長λ2の逆数の変動量は、下記(17)式で表される。
【００５０】
Δ(1 / λ2 ) = C2,P2 ΔPO2 + C2,T1 ΔT1 + C2,T2 ΔT2  …(17)
なお、C2,P2、C2,T1、及びC2,T2のそれぞれは、第2測定センサ13の圧力感度、第1参照センサ6の温度感度、及び第2測定センサ13の温度感度を示し、下記(18)乃至(20)式で表される。
【００５１】
C2,P2 = δ(1 / λ2 ) / δPO2  …(18)
C2,T1 = δ(1 / λ2 ) / δT1  …(19)
C2,T2 = δ(1 / λ2 ) / δT2  …(20)
上記(13)式及び(17)式より、周波数｛(1 / λ1 ) - (1 / λ2 )｝の変動量は、下記(21)式で表される。
【００５２】
Δ(1 / λ1 ) - Δ(1 / λ2 ) 
= (C1,P1 ΔPO1 - C2,P2 ΔPO2 ) + (C1,T1 - C2,T1)ΔT1 + (C1,T2 - C2,T2)ΔT2  …(21)
ここで、第1測定センサ3及び第2参照センサ16の第1共振間隔h1と、第1参照センサ6及び第2測定センサ13の第2共振間隔h2との差が0.05μm以下の場合、第1測定センサ3の圧力感度C1,P1、第1測定センサ3の温度感度C1,T1、第2参照センサ16の温度感度C1,T2、第2測定センサ13の圧力感度C2,P2、第1参照センサ6の温度感度C2,T1、及び第2測定センサ13の温度感度C2,T2のそれぞれは下記(22)乃至(24)式で近似することができる。第1及び第2測定センサ3, 13と第1及び第2参照センサ6, 16のそれぞれの第1感圧膜50a、第2感圧膜50b、第1感熱膜51a、及び第2感圧膜50bは同じ材料で構成されているからである。
【００５３】
Cp = C1,P1 = C2,P2  …(22)
CT1 = C1,T1 = C2,T1  …(23)
CT2 = C1,T2 = C2,T2  …(24)
(22)乃至(24)式において、Cpは第1及び第2測定センサ3, 13の近似圧力感度、CT1は第1及び第2測定センサ3, 13の近似温度感度、及びCT2は第1及び第2参照センサ6, 16の近似温度感度を示す。
【００５４】
よって、(13)乃至(24)式から、周波数｛(1 / λ1 ) - (1 / λ2 )｝の変動量は下記(25)式で表される。
【００５５】
Δ(1 / λ1 ) - Δ(1 / λ2 ) = CP (ΔPO1 - ΔPO2 )  …(25) 
したがって、図20に示した干渉縞の周波数｛(1 / λ1 ) - (1 / λ2 )｝の変動量は、第1温度T1及び第2温度T2に依存せず、第1外部圧力PO1の変動量と、第2外部圧力PO2の変動量にのみ依存するとみなすことができる。
【００５６】
図22に図12に示した第1経路を経た波長λ1の光と、図13に示した第2経路を経た波長λ2の光の干渉縞の例を示す。図22のグラフの上段に波長λ1が0.854μm、波長λ2が0864μmの場合の干渉縞、中段に波長λ1が0.852μm、波長λ2が0862μmの場合の干渉縞、下段に波長λ1が0.850μm、波長λ2が0860μmの場合の干渉縞を示す。また、図22に示したそれぞれの干渉縞のピーク位置と波長シフト量の関係を図23に示す。図22及び図23に示すように、第1経路及び第2経路の反射波長λ1、λ2をそれぞれ0.002μmずつ波長シフトさせても、干渉縞のピーク位置は変化しない。このように、第1測定ユニット5と第2測定ユニット15との間で温度差が生じても、第1経路及び第2経路の反射波長λ1、λ2のそれぞれは同じと近似できる量だけ波長シフトするため、干渉縞の周波数｛(1 / λ1 ) - (1 / λ2 )｝は変化しないことが分かる。
【００５７】
図1に示す信号処理装置7は、フォトダイオード等である受光素子8上の合成干渉縞の図20に示す周波数｛(1 / λ1 ) - (1 / λ2 )｝を算出する。具体的には、信号処理装置7は合成干渉縞の強度のピークの間隔を測定し、その逆数を算出することにより周波数｛(1 / λ1 ) - (1 / λ2 )｝求める。あるいは合成干渉縞の周波数｛(1 / λ1 ) - (1 / λ2 )｝は、合成干渉縞をフーリエ変換処理することにより導いてもよい。フーリエ変換処理を行う場合には、図20に示したように干渉縞の包絡線を(11)式に近似し、低周波成分cos {2πd(1 / λ1  - 1 / λ2)}を抽出することにより行う。また光源4の強度の変調が生じる場合には、信号処理装置7は合成干渉縞の電気信号をバンドパスフィルタリングすることとしてもよい。
【００５８】
さらに信号処理装置7は、(25)式より導かれる下記(26)式に従って、周波数の変動量{Δ(1 / λ1 ) - Δ(1 / λ2 )}を第1及び第2測定センサ3, 13の近似圧力感度CPで除し、第1外部圧力PO1と第2外部圧力PO2との差圧を算出する。
【００５９】
ΔPO1 - ΔPO2  = {Δ(1 / λ1 ) - Δ(1 / λ2 )} / CP   …(26) 
以上示したように、図1に示した差圧測定システムは、第1温度T1によって第1測定センサ3の圧力測定に誤差が生じうる場合でも、受光素子8上に形成される合成干渉縞の周波数が第1温度T1の影響を受けない光学系が構成されている。第2温度T2によって第2測定センサ13の圧力測定に誤差が生じうる場合についても同様である。
【００６０】
したがって、図1に示した差圧測定システムにおいては、受光素子8上に形成される合成干渉縞の周波数が、本来的に第1温度T1及び第2温度T2の影響を受けないため、温度変化によって生ずる誤差を除去するための複雑な計算をする必要がない。そのため、(26)式に従うことにより瞬時に第1外部圧力PO1と第2外部圧力PO2との差圧を算出することが可能となる。
【００６１】
次に図2、図3、及び図11に示した実施の形態に係る第1測定ユニット5及び第2測定ユニット15の製造方法を、図24乃至図33を参照して説明する。
【００６２】
(a) まず図24に示すように、シリコン(Si)等の第1半導体層141、第1半導体層141上部に配置された酸化シリコン(SiO2)等の絶縁膜150、及び絶縁膜150上に配置されたSi等の第2半導体層142を備えるSOI(Silicon On Insulator)基板を準備する。第2半導体層142は厚さh1を有する。次に第2半導体層142表面にレジスト膜を塗布した後、リソグラフィ法等によりパターニングし、図25に示すようにレジストマスク161a, 161b, 161cを形成する。
【００６３】
(b) レジストマスク161a〜161cから露出する第2半導体層142の一部を、図26に示すように絶縁膜150が表出するまで異方性エッチング法等により選択的に除去し、凹部121, 122を形成させる。アルカリ溶液等でレジストマスク161a〜161cを除去した後、第1半導体層141の表面にレジスト膜を塗布した後、リソグラフィ法等によりパターニングし、図27に示すようにレジストマスク162a, 162bを形成する。
【００６４】
(c) レジストマスク162a, 162bから表出する第1半導体層141の一部を、図28に示すように絶縁膜150が表出するまで異方性エッチング法等により選択的に除去し、凹部123を形成する。アルカリ溶液等でレジストマスク162a, 162bを除去した後、図29に示すように第2半導体層142上にメタルマスク180を配置し、真空蒸着法等により誘電体多層膜である第1測定用反射膜25a, 125bのそれぞれを凹部121, 122のそれぞれで表出する絶縁膜150上に形成する。
【００６５】
(d) 次に、凹部121と凹部122の間で第1半導体層141、絶縁膜150、及び第2半導体層142をダイシングし、図30に示すように、第1測定センサ基底部40aと第1測定用筐体43aに挟まれた第1感圧膜50a及び第2参照センサ基底部140bと第2参照用筐体143bに挟まれた第2感熱膜51bを得る。新たに、図31に示す貫通孔62及び通気孔160aを有するホルダ60aを用意する。
【００６６】
(e) 貫通孔62にコア130a及びクラッド131aを有する光ファイバ32を挿入し、光ファイバ32の端面を研磨することにより、図32を得る。次に光ファイバ32の端面の下部に図33に示すようにメタルマスク181を配置し、真空蒸着法等により誘電体多層膜である第1測定用反射膜25aを形成する。さらにホルダ60aと、図30に示した第1測定用筐体43aを接合して図4乃至図5に示した第1測定センサ3が完成する。また、図31乃至図33と同様の方法を実施して図11に示したホルダ61bを製造し、図30に示した第2参照用筐体143bと接合することにより、第2参照センサ16が完成する。
【００６７】
(f) 第1参照センサ6及び第2測定センサ13のそれぞれは、図24に示した第2半導体層142の厚さがh2のものを用意すれば、第1測定センサ3及び第2参照センサ16と同様の方法により製造することができる。最後に、第1測定センサ3及び第1参照センサ6を接合して図2及び図3に示した第1測定ユニット5が完成し、第2測定センサ13及び第2参照センサ16を接合して図11に示した第2測定ユニット15が完成する。
【００６８】
次に、図34を用いて図1に示した差圧測定システムを用いた差圧測定方法について説明する。
【００６９】
(a) ステップS101で、図1に示す光源4より広波長帯域の光を、第1測定ユニット5の第1測定センサ3及び第1参照センサ6のそれぞれに照射する。ステップS102で、周囲の第1温度T1及び第1外部圧力PO1に応じて波長シフトする、第1測定センサ3からの図7(a)に示す第1波長帯域WB1の反射光を光ファイバ32で集光する。さらにステップS103で、図1に示す第1温度T1に応じて波長シフトする、第1参照センサ6からの図7(a)に示す第2波長帯域WB2の反射光を光ファイバ31で集光する。
【００７０】
(b) ステップS104で、第1及び2波長帯域WB1, WB2の光を図1に示す第2測定ユニット15に照射する。ステップS105で、周囲の第2温度T2及び第2外部圧力PO2に応じて波長シフトする、第2測定センサ13からの図7(b)に示す第3波長帯域WB3の反射光を光ファイバ35で集光する。さらにステップS106で、図1に示す第2温度T2に応じて波長シフトする、第2参照センサ16からの図7(b)に示す第4波長帯域WB4の反射光を光ファイバ34で集光する。
【００７１】
(c) ステップS107で、図1に示す第2測定センサ13からの第3波長帯域WB3の反射光を干渉用スプリッタ23で光ファイバ38, 39の2方向に分割する。さらに、分割された第3波長帯域WB3の反射光のそれぞれを、光ファイバ38, 39の末端から受光素子8上に照射し、図19にピーク波長における例を示す第2経路の干渉縞を形成する。同時に、図1に示す第2参照センサ16からの第4波長帯域WB4の反射光を干渉用スプリッタ23で光ファイバ38, 39の2方向に分割する。さらに、分割された第4波長帯域WB4の反射光のそれぞれを、光ファイバ38, 39の末端から受光素子8上に照射し、図19にピーク波長における例を示す第1経路の干渉縞を形成する。結果として、第3及び第4波長帯域WB3, WB4のそれぞれの光の干渉縞による図20に示す合成干渉縞が受光素子8上に形成される。
【００７２】
(d) ステップS108で、図1に示す信号処理装置7は、図20に示す合成干渉縞をフーリエ変換処理する等によって、合成干渉縞の周波数の変動量｛Δ(1 / λ1 ) - Δ(1 / λ2 )｝を算出する。さらにステップS109で、周波数の変動量を第1及び第3波長帯域WB1, WB3の光の圧力感度に相当する(22)式で表される第1及び第2測定センサ3, 13の近似圧力感度Cpで除し、(26)式の関係から第1外部圧力PO1と第2外部圧力PO2の差圧を算出し、実施の形態にかかる差圧測定方法を終了する。
【００７３】
（実施の形態の変形例1）
図35に示す差圧測定システムが図1と異なるのは、第1光源44と第2光源45の2つの光源が配置されている点である。第1光源44は、第1測定センサ3及び第2参照センサ16のそれぞれの図7(a)及び図7(b)に示した第1波長帯域WB1及び第4波長帯域WB4に対応する光を照射する。また第2光源45は、第2測定センサ13及び第1参照センサ6のそれぞれの第2波長帯域WB2及び第3波長帯域WB3に対応する光を照射する。なお図35に示す第2光源45には、図7(a)及び図7(b)に示した波長λ2での光強度が第1光源44の波長λ1での光強度と等しく、照射される光のスペクトルが第1光源44と相似となる光源が使用可能である。
【００７４】
図35に示す第1光源44には光ファイバ134が接続され、第2光源45には光ファイバ135が接続される。光ファイバ134, 135は光源用スプリッタ26に接続され、光源用スプリッタ26には2方向の出力端子がある場合には光ファイバ30, 136のそれぞれが接続される。第1光源44及び第2光源45を配置することにより、図19に示した第1経路及び第2経路を伝搬する光の強度をより精度の高く揃えることが可能となる。そのため、より精度の高い差圧測定が可能となる。なお第1光源44及び第2光源45には、ハロゲンランプ及び発光ダイオード(LED)等も使用可能である。
【００７５】
（実施の形態の変形例2）
図1に示した第1測定ユニット5の第1測定センサ3及び第1参照センサ6のそれぞれは、図36に示すように第1測定用回折素子63及び第1参照用回折素子64を備えていてもよい。第1測定用回折素子63は、図37に示すようにコア130aにおいて第1屈折率部100a, 100b, 100c, …と第2屈折率部200a, 200b, 200c, …のそれぞれが交互に配置された周期構造を有するファイバブラッググレーティングである。第1測定用回折素子63に入射した光は、第1屈折率部100a, 100b, 100c, …と第2屈折率部200a, 200b, 200c, …の周期構造により、特定の波長のみ選択的に反射される。ここで、第1屈折率部100a, 100b, 100c, …と第2屈折率部200a, 200b, 200c, …の周期構造における平均屈折率をnDとし、周期構造の間隔を第1格子間隔Λm1とすると、下記(27)式で表されるブラッグ波長λBに強度のピークを有する第1波長帯域WB1の光が反射されることとなる。
【００７６】
λB = 2 ×nD ×Λm1 …(27)
ここで、図36のA-A方向から見た断面図である図38に示すように、第1測定センサ3の筐体11の第1測定センサ内部圧力PIS1と開口49で表出する外部からの第1外部圧力PO1が等しい「定常状態」では第1測定用回折素子63には撓みは生じない。これに対し、第1外部圧力PO1が第1測定センサ内部圧力PIS1よりも大きくなると、図39に示すように、第1測定用回折素子63は内部に向かって撓むため、第1格子間隔Λm1が大きくなるため、ブラッグ波長λBも長波長側にシフトする。したがって、実施の形態と同様に、第1波長帯域WB1の反射光の波長シフトに基づいて第1外部圧力PO1を測定することが可能となる。
【００７７】
図36に示す第1参照用回折素子64は、周期構造の間隔が第1格子間隔Λm1と異なる第2格子間隔Λm2を有する以外は、図37と同様の構造を有する。また図36に示した第1参照センサ6の第1参照用回折素子64は、第1測定用回折素子63と異なり、筐体11内部に設けられている。したがって、第1外部圧力PO1によって撓むことはなく、第1温度T1の温度変化にのみ依存して撓むこととなる。
【００７８】
よって、図1に示す第2測定ユニット15においても、第2測定センサ13に第2格子間隔Λm2を有する回折素子を、第2参照センサ16に第1格子間隔Λm1を有する回折素子をそれぞれ採用することにより、実施の形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００７９】
（実施の形態の変形例3）
図1に示した差圧測定システムにおいて、受光素子8に到達する光は、図8に示すように不要な波長成分が含まれる。したがって、図40に示すように、光ファイバ38, 39それぞれの末端に波長フィルタ81, 82を配置し、不要な波長成分を除去してもよい。波長フィルタの配置は図40に限られず、図41に示すように、光ファイバ36の末端に波長フィルタ83を配置し、波長フィルタ83を透過した光を光ファイバ137で伝搬し、干渉用スプリッタ23で分割してもよい。
【００８０】
（実施の形態の変形例4）
図1に示した差圧測定システムでは、受光素子8上に干渉縞を形成するために干渉用スプリッタ23を配置したが、干渉縞を形成させる方法はこれに限定されない。例えば、干渉用スプリッタ23を配置せずに、図42に示すように、光ファイバ36の末端から放射された光をレンズ90で平行光にし、プリズム91を介して受光素子8上に干渉縞を形成させてもよい。この場合、プリズム91のX点から入射した光は光路U1をたどり、受光素子8上のV1点に到達する。またプリズム91のZ2点から入射した光は光路U2をたどり、受光素子8上のV1点に到達する。光路U1と光路U2の光路差dにより、受光素子8上のV1点において光路U1をたどった光と、光路U2をたどった光とが干渉する。
【００８１】
また、プリズム91のY点から入射した光は光路U4をたどり、受光素子8上のV2点に到達する。またプリズム91のZ1点から入射した光は光路U3をたどり、受光素子8上のV2点に到達する。光路U3と光路U4の光路差dにより、受光素子8上のV2点において光路U3をたどった光と、光路U4をたどった光とが干渉する。
【００８２】
図43に示す例においては、光ファイバ36から放射された光をレンズ90でx方向に向かう平行光にした後、ビームスプリッタ92で平行光をx方向とy方向の2方向に分割する。x方向に進行した光は第1全反射鏡93で全反射された後、再びビームスプリッタ92に入射し、-y方向に反射され、受光素子8に向かう。また、ビームスプリッタ92でy方向に進行した光は、第2全反射鏡94で全反射される。
【００８３】
ここで、第1全反射鏡93はx方向に対して垂直に配置される。これに対し、第2全反射鏡94はy方向に対し、垂直方向からさらにθ傾けて配置される。そのため、第1全反射鏡93で反射し受光素子8に向かう光と、第2全反射鏡94で反射し受光素子8に向かう光には光路差dが生じ、受光素子8上に干渉縞が形成される。
【００８４】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば実施の形態においては、第1波長帯域WB1乃至第2は超帯域WB2の選択は、特定波長帯域の光を反射する図3乃至F3に示したファブリペロ構造、あるいは図36乃至図39に示したファイバブラッググレーティング構造を有する第1測定センサ3で行った。しかし、第1波長帯域WB1乃至第2は超帯域WB2の選択方法は実施の形態に限定されることはない。例えば、図44に示すように、第1測定センサ103、第1参照センサ106、第2測定センサ203、及び第2参照センサ206のそれぞれには透過型センサを用いてもよい。
【００８５】
ここで、光源17から照射された広波長帯域の光は、光ファイバ230で第1スプリッタ110に伝搬される。なお第1スプリッタ110に2系統の入力端子がある場合には光ファイバ231も第1スプリッタ110に接続される。第1スプリッタ110において、光は2方向に分割され、それぞれ光ファイバ232, 233で伝搬される。光ファイバ232は第1測定ユニット105の第1測定センサ103に、光ファイバ233は第1参照センサ106にそれぞれ接続される。
【００８６】
第1測定ユニット105は、図45に示すように筐体12内部に配置され、開口47より外部からの第1外部圧力PO1を受ける第1測定用回折素子190を有する第1測定センサ103と、筐体12内部に配置された第1参照用回折素子191を有する第1参照センサ106を備える。第1測定用回折素子190は、図37に示した実施の形態の変形例2に係る第1測定用回折素子63と同様の構造を有し、第1格子間隔Λm1に応じて広波長帯域の光から第1波長帯域WB1の光を選択して出力する。図45のA-A方向から見た断面図である図46及び図47に示すように、第1外部圧力PO1によって第1格子間隔Λm1が変化し、出力される第1波長帯域WB1の光が波長シフトする原理は図38及び図39の原理と同様であるので説明は省略する。また、第1参照用回折素子191は第1格子間隔Λm1と異なる第2格子間隔Λm2を有し、第1温度T1の変化にのみに依存して波長シフトする第2波長帯域WB2の光を出力する。
【００８７】
図45において、第1測定センサ103を透過した光は光ファイバ234でスプリッタ111に伝搬される。また第1参照センサ106を透過した光は光ファイバ235でスプリッタ111に伝搬される。スプリッタ111に2系統の出力端子がある場合には、それぞれに光ファイバ236, 237が接続される。第1測定センサ103及び第1参照センサ106のそれぞれの透過光は光ファイバ236で第2スプリッタ112に伝搬される。第2スプリッタ112に2系統の入力端子がある場合には、他方には光ファイバ239が接続される。第2スプリッタ112に伝搬された透過光は再び2方向に分割され、一方は光ファイバ240で第2測定ユニット115の第2参照センサ206に伝搬され、他方は光ファイバ241で第2測定センサ203に伝搬される。
【００８８】
第2測定ユニット115は、図45に示した第1測定ユニット105の第1測定用回折素子190の第1格子間隔Λm1を第2格子間隔Λm2に、第1参照用回折素子191の第2格子間隔Λm2を第1格子間隔Λm1に変更した以外は同様であるので図面は省略する。
【００８９】
図44において、第2参照センサ206を透過した光は光ファイバ242でスプリッタ113に伝搬され、第2測定センサ203を透過した光は光ファイバ243でスプリッタ113に伝搬される。スプリッタ113が2系統の出力端子を有する場合は、それぞれに光ファイバ244, 245が接続される。第2測定センサ203及び第2参照センサ206の透過光はさらに光ファイバ244で波長フィルタ84まで伝搬される。波長フィルタ84は、図41に示した実施の形態の変形例3に係る波長フィルタ83と同様であるので説明は省略する。
【００９０】
波長フィルタ84を透過した光は光ファイバ247で干渉用スプリッタ114に伝搬される。干渉用スプリッタ114で2方向に分割された透過光は、一方は光ファイバ248で伝搬され、他方は光ファイバ249で伝搬される。光ファイバ248, 249のそれぞれの端部から照射された光は受光素子8上に干渉縞を形成する。信号処理装置7は図1に示した実施の形態に係る信号処理装置7と同様であるので説明は省略する。
【００９１】
ここで、図44に示す差圧測定システムにおいて、光源17から照射された光が受光素子8に至るまでの伝搬経路は、図48に示す第1経路、図49に示す第2経路、図50に示す第3経路、及び図51に示す第4経路の4通りが考え得る。
【００９２】
図48に示す第1経路では、光源17から照射された光は第1スプリッタ110で第1測定センサ103に導かれる。第1測定センサ103を透過した第1波長帯域WB1の光は第2スプリッタ112で第2参照センサ206に導かれる。ここで、第1測定センサ103と第2参照センサ206のそれぞれは第1格子間隔Λm1を有するため、定常状態では第1測定センサ103と第2参照センサ206の透過スペクトルは図7(a)及び図7(b)に示した例と同様に重なる。
【００９３】
図49に示す第2経路では、光源17から照射された光は第1スプリッタ110で第1参照センサ106に導かれる。第1参照センサ106を透過した第2波長帯域WB2の光は第2スプリッタ112で第2測定センサ203に導かれる。ここで、第1参照センサ106と第2測定センサ203のそれぞれは第2格子間隔Λm2を有するため、定常状態では第1参照センサ106と第2測定センサ203の透過スペクトルは重なる。
【００９４】
図50に示す第3経路では、光源17から照射された光は第1スプリッタ110で第1参照センサ106に導かれる。第1参照センサ106の透過光は第2スプリッタ112で第2参照センサ206に導かれる。ここで、第1参照センサ106は第1格子間隔Λm1を有し、第2参照センサ206は第2格子間隔Λm2を有するため、第1参照センサ106と第2参照センサ206のそれぞれの透過スペクトルは重ならない。したがって、第1参照センサ106を透過した波長λ2をピークとする透過光は、第2参照センサ206をほとんど透過することができず、第3経路においては、受光素子8に至る光の大きさOは0に近似することができる。
【００９５】
図51に示す第4経路では、光源17から照射された光は第1スプリッタ110で第1測定センサ103に導かれる。第1測定センサ103の透過光は第2スプリッタ112で第2測定センサ203に導かれる。ここで、第1測定センサ103の格子間隔はhG1であり、第2測定センサ203の格子間隔はhG2であるため、第1測定センサ103と第2測定センサ203の透過スペクトルは重ならない。したがって、第1測定センサ103を透過した波長λ1をピークとする透過光は、第2測定センサ203をほとんど透過することができない。そのため、第4経路においても、受光素子8に至る光の大きさOは0に近似することができる。
【００９６】
以上のことから、図44に示す差圧測定システムにおいて、光源17から照射された光が受光素子8に至るまでの伝搬経路は、図48に示す第1経路、及び図49に示す第2経路の2通りのみを考慮すればよい。
【００９７】
第2測定センサ203を透過した第3波長帯域WB3の光と、第2参照センサ206を透過した第4波長帯域WB4の光のそれぞれが受光素子8上に形成する干渉縞の合成干渉縞の周期が第1温度T1及び第2温度T2に影響されない原理は実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【００９８】
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施の形態に係る差圧測定システムの模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る第1測定ユニットの上面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る第1測定ユニットのA-A方向から見た断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る第1測定センサの断面図（その1）である。
【図５】本発明の実施の形態に係る第1測定センサの断面図（その2）である。
【図６】本発明の実施の形態に係る第1測定センサの断面図（その3）である。
【図７】本発明の実施の形態に係る反射スペクトルである。
【図８】本発明の実施の形態に係る透過スペクトルである。
【図９】本発明の実施の形態に係る感圧膜に関するグラフ（その1）である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る感圧膜に関するグラフ（その2）である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る第2測定ユニットの断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る光源からの出射光の第1経路を示す模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る光源からの出射光の第2経路を示す模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る光源からの出射光の第3経路を示す模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る光源からの出射光の第4経路を示す模式図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る受光素子近傍の拡大模式図である。
【図１７】本発明の実施の形態に係る温度補償機構を説明するグラフである。
【図１８】本発明の実施の形態に係る各波長成分による干渉縞を示すグラフである。
【図１９】本発明の実施の形態に係る第1及び第2経路を伝播した光の干渉縞を示すグラフである。
【図２０】本発明の実施の形態に係る合成干渉縞を示すグラフ（その1）である。
【図２１】本発明の実施の形態に係る合成干渉縞を示すグラフ（その2）である。
【図２２】本発明の実施の形態に係る干渉縞のピーク位置を示すグラフ（その1）である。
【図２３】本発明の実施の形態に係る干渉縞のピーク位置を示すグラフ（その2）である。
【図２４】本発明の実施の形態に係る測定及び参照センサの工程断面図（その1）である。
【図２５】本発明の実施の形態に係る測定及び参照センサの工程断面図（その2）である。
【図２６】本発明の実施の形態に係る測定及び参照センサの工程断面図（その3）である。
【図２７】本発明の実施の形態に係る測定及び参照センサの工程断面図（その4）である。
【図２８】本発明の実施の形態に係る測定及び参照センサの工程断面図（その5）である。
【図２９】本発明の実施の形態に係る測定及び参照センサの工程断面図（その6）である。
【図３０】本発明の実施の形態に係る測定及び参照センサの工程断面図（その7）である。
【図３１】本発明の実施の形態に係る測定及び参照センサの工程断面図（その8）である。
【図３２】本発明の実施の形態に係る測定及び参照センサの工程断面図（その9）である。
【図３３】本発明の実施の形態に係る測定及び参照センサの工程断面図（その10）である。
【図３４】本発明の実施の形態に係る差圧測定方法を示すフローチャートである。
【図３５】本発明の実施の形態の変形例1に係る差圧測定システムの模式図である。
【図３６】本発明の実施の形態の変形例2に係る第1測定ユニットの模式図である。
【図３７】本発明の実施の形態の変形例2に係る第1測定用回折素子の模式図である。
【図３８】本発明の実施の形態の変形例2に係る第1測定センサの断面図（その1）である。
【図３９】本発明の実施の形態の変形例2に係る第1測定センサの断面図（その2）である。
【図４０】本発明の実施の形態の変形例3に係る波長フィルタの配置例を示す模式図（その1）である。
【図４１】本発明の実施の形態の変形例3に係る波長フィルタの配置例を示す模式図（その2）である。
【図４２】本発明の実施の形態の変形例4に係る干渉計を示す模式図（その1）である。
【図４３】本発明の実施の形態の変形例4に係る干渉計を示す模式図（その2）である。
【図４４】本発明のその他の実施の形態に係る差圧測定システムを示す模式図である。
【図４５】本発明のその他の実施の形態に係る第1測定ユニットを示す模式図である。
【図４６】本発明のその他の実施の形態に係る第1測定センサを示す断面図（その1）である。
【図４７】本発明のその他の実施の形態に係る第1測定センサを示す断面図（その2）である。
【図４８】本発明のその他の実施の形態に係る光源からの出射光の第1経路を示す模式図である。
【図４９】本発明のその他の実施の形態に係る光源からの出射光の第2経路を示す模式図である。
【図５０】本発明のその他の実施の形態に係る光源からの出射光の第3経路を示す模式図である。
【図５１】本発明のその他の実施の形態に係る光源からの出射光の第4経路を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１００】
3, 103…第1測定センサ
4, 17…光源
5, 105…第1測定ユニット
6, 106…第1参照センサ
7…信号処理装置
8…受光素子
11, 12, 43a, 43b, 143a, 143b…筐体
13, 203…第2測定センサ
15, 115…第2測定ユニット
16, 206…第2参照センサ
21, 110…第1スプリッタ
22, 112…第2スプリッタ
23, 114…干渉用スプリッタ
24a…第1測定用半透鏡
24b…第2測定用半透鏡
25a…第1測定用反射膜
25b…第2測定用反射膜
26…光源用スプリッタ
28…干渉計
30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 134, 135, 136, 137, 230, 231, 232, 233, 234, 235, 239, 240, 241, 242, 243, 244, 245, 247, 248, 249…光ファイバ
40a, 40b, 140a, 140b…基底部
44…第1光源
45…第2光源
47, 49…開口
50a…第1感圧膜
50b…第2感圧膜
51a…第1感熱膜
51b…第2感熱膜
60a, 60b, 61a, 61b…ホルダ
62…貫通孔
63, 190…第1測定用回折素子
64, 191…第1参照用回折素子
70a, 70b, 170a, 170b…開放弁
81, 82, 83, 84…波長フィルタ
90…レンズ
91…プリズム
92…ビームスプリッタ
93…第1全反射鏡
94…第2全反射鏡
100a, 100b, 100c…第1屈折率部
111, 113…スプリッタ
121, 122, 123…凹部
124a…第1参照用半透鏡
124b…第2参照用半透鏡
125a…第1参照用反射膜
125b…第2参照用反射膜
130a, 130b, 132a, 132b…コア
131a, 131b, 133a, 133b…クラッド
141…第1半導体層
142…第2半導体層
150…絶縁膜
160a, 160b, 260a, 260b…通気孔
161a, 161b, 161c, 162a, 162b…レジストマスク
180, 181…メタルマスク
200a, 200b, 200c…第2屈折率部
【図１】
2006017677.tif 000003
【図２】
2006017677.tif 000004
【図３】
2006017677.tif 000005
【図４】
2006017677.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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